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2020年12月16日

我國科學家實現“量子計算優越性”

發布單位:  高等教育發展研究中心

記者近日從中國科學技術大學獲悉,該校潘建偉、陸朝陽等組成的研究團隊與中科院上海微系統所、國家并行計算機工程技術研究中心合作,成功構建了76個光子的量子計算原型機“九章”,實現了具有實用前景的“高斯玻色取樣”任務的快速求解。之所以命名為“九章”,是為了紀念中國古代最早的數學專著《九章算術》。

根據現有理論,該量子計算系統處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級計算機“富岳”快100萬億倍(“九章”1分鐘完成的任務,超級計算機需要1億年)。等效地,其速度比去年谷歌發布的53個超導比特量子計算原型機“懸鈴木”快100億倍。這一成果使得我國成功達到了量子計算研究的第一個里程碑:量子計算優越性(國外也稱之為“量子霸權”)。相關論文于12月4日在線發表在國際學術期刊《科學》上。

量子計算機在原理上具有超快的并行計算能力,可望通過特定算法在一些具有重大社會和經濟價值的問題方面(如密碼破譯、大數據優化、材料設計、藥物分析等)相比經典計算機實現指數級別的加速。當前,研制量子計算機已成為世界科技前沿的最大挑戰之一,成為歐美各發達國家角逐的焦點。

潘建偉團隊一直在光量子信息處理方面處于國際領先水平。2017年,該團隊構建了世界首臺超越早期經典計算機(ENIAC)的光量子計算原型機。2019年,該團隊進一步研制了確定性偏振、高純度、高全同性和高效率的國際最高性能單光子源,實現了20光子輸入60模式干涉線路的玻色取樣,輸出復雜度相當于48個量子比特的希爾伯特態空間,逼近了“量子計算優越性”。

近期,該團隊通過自主研制同時具備高效率、高全同性、極高亮度和大規模擴展能力的量子光源,成功構建了76個光子100個模式的高斯玻色取樣量子計算原型機“九章”,輸出量子態空間規模達到了10的30次方。

該成果牢固確立了我國在國際量子計算研究中的第一方陣地位,為未來實現可解決具有重大實用價值問題的規?;孔幽M機奠定了技術基礎。此外,基于“九章”量子計算原型機的高斯玻色取樣算法在圖論、機器學習、量子化學等領域具有潛在應用,將是后續發展的重要方向。

《科學》雜志審稿人評價該工作是“一個最先進的實驗”“一個重大成就”。研究人員希望這個工作能夠激發更多的經典算法模擬方面的工作,也預計將來會有提升的空間。量子優越性實驗并不是一個一蹴而就的工作,而是更快的經典算法和不斷提升的量子計算硬件之間的競爭,但最終量子并行性會產生經典計算機無法企及的算力。

(信息來源:《中國科學報》)

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